陶瓷膜用于气固分离的研究现状和前景
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收稿日期 : 2003- 08- 12; 修改稿 收到日期 : 2004- 04- 09 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划 973 项目 ( 2003CB615700) ; 安徽省科学基金资助项目 作者简介 : 任祥军 ( 1968- ) , 男 , 山东省蒙阴县人 , 高级工程师 , 从事无机陶瓷膜材料 及其应用研究 . * 通讯联系人 图 1 陶瓷过滤器与其它过滤器的 性能比较 Fig. 1 Hot g as particle collector performance
[ 4, 20]
4
陶瓷膜在气固分离方面的应用前景
基于多孔陶瓷膜的过滤性能 , 可开发多种形式
的过滤装置, 有如下方面的应用: 1) 燃煤电厂陶瓷膜过滤器除尘装置. 这被认为 是一种最为可信的除尘技术. 目前燃煤电厂采用的 静电除尘器, 设备投资大 , 能耗高 , 除尘的效果仍达 不到陶瓷膜的水平 [ 27] . 2) 冶金行业的陶瓷膜过滤器收尘装置 . 有色金 属冶炼中 , 精矿和浸出渣的干燥广泛采用回转干燥 窑. 干燥窑产生大量的烟尘 , 含有金属微粒, 对环境 造成污染 . 烟气温度与其露点温度( 45~ 65 ∀ ) 很接 近, 易造成烟气的结露. 另外, 干燥窑烟尘具有一定 的吸湿性 . 由于干燥窑烟气的特殊性, 给烟气的收尘 带来一定的问题和困难 [ 29, 30] . 用陶瓷膜过滤器进行 高温收尘 , 则可很好地解决上述问题. 3) 煤的洁净燃烧新工艺 % % % 集成 气化联合循 环发电( IGCC) 路线, 是世界各国都在投资发展的新 型高效发电技术, 21 世纪将实用化. 在煤气化反应 塔和脱硫装置之后进行高温气体粉尘滤除, 利用陶 瓷膜过滤器是最佳技术 . 4) 工业气体净化 , 特别是高温烟气和化工行业 气体 , 包括工业流程中原料气中固体粒子的脱除与 净化 , 尾气中固体颗粒的脱除等, 直接关系到下游设 备的运行寿命和运行安全, 而这些工业炉窑烟气中 的飘尘( 小于 10 m 的颗粒 ) , 会危及人体健康 . 对 于上述处理要求, 普通除尘器很难达到 , 但对于无机 陶瓷膜过滤器则正是其优势所在 . 5) 回收有用的粉体, 特别是高附加值粉尘的回 收. 例如在石油化工厂流化床设备中回收催化剂 , 在 气流输送与喷雾干燥过程中收集粉料 , 纳米材料生 产和其它超细粉体生产中粉体的回收等. 6) 随 着环保要 求的提高 , 为了 保护人类 的健 康, 像垃圾焚烧 , 特别是放射性、 传染性等有害废物 的烧缩过程, 例如与 SARS 有关的医用和其他垃圾 的焚烧, 为防止有害粉尘污染大气 , 利用高效能的陶 瓷膜过滤器是一种切实可行的方法.
膜高温气体净化器和收尘、 除尘技术及设备前途广阔, 特别是在国内, 是值得大力发展的一种 高新技术 . 关键词: 多孔陶瓷膜; 气 - 固分离 ; 收尘; 除尘 ; 纳米粉体 中图分类号: T Q028. 2 文献标识码 : A 器( High Eff iciency ESP) 等分离技术皆不能达到美 国新资源利用的标准( NSPS) , 唯有多孔陶瓷膜过滤 器除尘效率可以超过这一标准[ 5] . 陶瓷膜除尘器分 离效率高 , 除尘率一般可以超过 99. 5% , 有的报道 甚至可以达到 99. 999 5% 的程 度[ 6] , 是其他除 尘、 收尘设备无法比拟的.
. 芬兰 的环 境电 力公 司发明 了一 种简 化的
IGCC 工艺 , 其中应用陶瓷烛式 过滤器来进行热气 体净化 , 过滤效率为 99. 4% ~ 99. 8% [ 4] , 过滤后出 口颗粒含量小于 5 mg / m . 这低于汽轮机要求的产 物气体中最大固体量为 5 mg / L 的技术要求, 并且 比环保要求值低了几乎一个数量级 . 在英国, 用无机 陶瓷过滤器处理燃煤工厂的废气已被证实是最适合 的颗粒 脱 除 技术 , 在 Grimethorpe PF BC 电 站, 自 1991 年起使用陶瓷膜过 滤器进行烟气除 尘
任祥军1, 2 程正勇3 刘杏芹1 彭定坤1, 3 孟广耀1, 3*
( 1. 中国科学技术大学 固体化学与无机膜研究所, 合肥 230026; 2. 合肥煤炭科学研究所, 合肥 230001; 3. 合肥长城新元膜科技有限责任公司, 合肥 230601) 摘 要: 简要介绍陶瓷膜除尘分离的原理和应用技术的现状 , 并展望其应用和发展前景. 陶瓷
[ 26] 3
,一
直在成功地运行 , 因而他们认为这是一种最为可信 的除尘技术. 美国陶瓷膜 ( Ceramem) 公司报道了他 们研制的多孔陶 瓷膜过滤器 , 其面积 / 体积比达到 500 m 3 / m 2 ( 布袋除尘器仅为 33 m 3 / m 2 ) , 可直接安 装在烟道气中滤去 99% 的烟尘[ 27] . 美国能源部的 一份报告中提到 , 陶瓷膜管可用于脱除排放气中大 于 100 nm 的细颗粒, 而在英国, 早已将这种陶瓷膜 管在不同的化工和腐蚀条件下进行了运用. 据报道 , 英国山星金属有限责任公司已成功用类似装置从排 放物中回收高纯铝箔颗粒[ 19] . 在煤炭气化工艺中 , 陶瓷膜用于热气体净化已经是较成熟的工艺 , 如荷 兰 Buggenum 的 Shell 煤炭气化工艺从 1993 年起开 始使用德国 Schmacher 提供的烛式陶瓷过滤器 . 该 过滤 单元 装置 ( HGF864/ 1500) 高 17 m, 直 径 4. 2 m, 包括 864 根烛式过滤膜管 , 分为 18 组 , 每组 48 根构成一个组件. 气体处理流量约为 400 000 m / h ( 标准 ) , 最大承压 4 M Pa, 操作温度 400 ∀
.
通常 , 气体 中大于 10 m 的固 体颗粒 较易除 去, 小于 10 m 的固体颗粒的去除是很困难的 . 特 别是随着高科技的发展, 高效、 深度除尘的需求不断 涌现 , 开发新的高效气固分离技术及相应的除尘、 收 尘设备是当务之急. 随着先进的多孔陶瓷膜的出现 为解决上述气- 固分离难题提供了一种切实可行的 新兴技术路线. 陶瓷膜具有耐高温、 耐腐蚀、 耐清洗、 机械强度大、 结构稳定不变形、 寿命长等突出优点 , 因而是被广泛接受和称誉的热粒子过滤材料的最佳 选择[ 4] . 对于陶瓷膜过滤器, 因其运行费用较低 , 不 会产生二次污染 , 且耐高温, 寿命长, 是各种废气处 理最适宜和最有前途的方法. 如图 1 所示, 实验测试 表明, 旋风除尘器 ( Cyclone) 、 湿式除尘器 ( Scrubber) 、 袋式过滤器 ( Fabric Filter) 和均匀高效的静电除尘
1
气固分离的技术现状和需求
气- 固分离是在化工、 冶金、 煤炭燃烧和气化、 水泥、 环境保护等行业中都要用到的分离过程 , 特别 是高温气体中固态粒子的脱除、 回收一直是工业废 气处理、 环境保护的重大课题 . 而随着纳米科技时代 的到来 , 规模化生产纳米粉体的收集成为一大技术 难点 . 目前 , 已广泛应用的气- 固分离技术如旋风除 尘、 水膜除尘、 纤维过滤、 静电除尘和袋式除尘等在 应用过程中都或多或少存在一些问题[ 13]
[ 18]
图 2 中间试验性工厂过滤单元 示意图 F ig. 2 Schemat ic filter unit of t he pilot plant
实验表明 , 反冲脱灰后气体压强可以恢复到 原来的水平, 而且长期使用其膜压降的周期性无明 显变化, 说明膜孔径无显著污染堵塞现象. 国外大量专利报道了很多各式各样的陶瓷膜过 滤器 [ 21- 25] , 如英国专利[ 21] 描述了一种蜂窝状陶瓷 膜过滤器 ; 美国专利 [ 25] 陈述了一种高温、 高压气体 的烛式陶瓷过滤器 . 但后者, 在结构上不同于上述陶 瓷膜除尘器. 它是由氧化物丝缠绕的多孔支撑体和 一层薄膜层构成. 该氧化物丝上至少涂覆一层多孔 氧化物陶瓷膜 , 该薄膜层可以在多孔陶瓷体的外表 面和 / 或内表面. 这种过滤器可以承受反脉冲清洗的 热循环和抵抗高温化学衰变, 可以应用于煤炭气化
无机陶瓷膜在气固分离方面的应用还是近一二十年 的事 情 , 其 主 要 应 用 在 烟 气 除 尘 和 粉 体 回 收 方 面[ 14- 16] . 陶瓷膜为多孔结构的非对称膜, 其过滤性能类 似于固定堆积床层, 即被脱除的物质大都在其表面 , 易于清洗 [ 17] . 陶瓷膜 过滤器在 进行气固 分离操作 时, 与液固分离的情况类似, 可采用终端过滤和错 流过滤两种基本方式 . 在终端过滤中, 气溶胶颗粒到达滤材表面的轨 迹大致与滤材垂直, 混合流体通过过滤介质, 导致颗 粒在上游面沉积 , 即表面过滤 , 或在深层过滤的情况 下颗粒进入滤材 . 在错流过滤过程中, 颗粒随气流进入过滤器时 , 空气动力场使得它们向过滤介质迁移. 那些转向沉 积在介质表面的颗粒和被捕捉的 颗粒一起形成滤 饼. 在一定条件下, 滤饼可能由于穿过流的剪切力而 被除去. 通常, 在错流过滤过程中, 与表面过滤不同 , 滤饼的形成和脱除同时发生, 在适当条件下, 达到动 力学平衡, 此时 , 滤饼的脱除速度 等于颗粒沉积速 度, 滤饼的平均面积负载保持常数 . 基于筛分机理的陶瓷膜过滤器在过滤富含固体 颗粒的气体过程中, 主要的捕捉机制是直接拦截大 于敞口孔径的颗粒, 而较大颗粒则通过惯性碰撞截 留下来 . 澳大利亚的 Jo 等 [ 16] 用二氧化钛膜和飞灰 膜进行高温气体中飞灰分离试验发现, 进料灰尘中 颗粒尺寸在 0. 2 m ( 二氧化钛膜的可几孔尺寸 ) 以 下的比例小于 0. 1% , 几乎可以忽略, 大量体积的灰 颗粒比二氧化钛膜的孔尺寸要大 , 被直接拦截而收 集. 据观测 , 实际上没有颗粒渗透到膜内, 因此膜像 一个挡板过滤器. 虽然进料颗粒中小于 2. 5 m ( 飞 灰膜的中等孔尺寸 ) 的比例约为 10. 6% , 仍然没有 颗粒渗透到膜内 . 大量细颗粒可在接近孔入口处通 过惯性碰撞被收集, 也可在滤饼的孔道内通行或在 滤材表面扩散时被挡住. 上述两种膜, 飞灰膜的过滤 效率为 99. 91% , 陶瓷膜的过滤效率高达 99. 99% . 通常 , 对于固体颗粒含量较高的气流, 先用旋风 除尘器除去部分颗粒, 再用陶瓷膜过滤器进行深度 分离 , 技术合理 , 经济可行 .
第 25 卷 第 2 期 2005 年 4 月
膜 科 学 与 技 术 M EM BRAN E SCI EN CE AN D T ECHNOL OGY
Vol. 25 No. 2 Apr. 2005
文章编号 : 1007- 8924( 2005) 02- 0065- 04
陶瓷膜用于气固分离的研究现状和前景
[ 20]
3
陶瓷膜用于气固分离的研究现状
国外研究陶瓷膜过滤器在气固分离方面的应用
已有多年的历史 , 应用领域广阔, 效果显著. 目前, 已
第2期
任祥军等 : 陶瓷膜用于气固分离的研究现状和前景
! 67 !
和煤炭燃烧工艺中从高温烟道气中脱除烟尘 , 以防 止下游设备被腐蚀和侵蚀 . 瑞典、 芬兰和美国等国家最早将该技术研究应 用于 IGCC ( 集 成气化 联合 循环 ) 发 电厂的 除尘系 统
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陶瓷膜用于气固分离的基本原理和 模式
目前 , 无机陶瓷膜已在水处理、 食品加工、 医药、
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膜
科
13]
学
与
技
术
第 25Байду номын сангаас卷
石油化工和生物技术等方面得到广泛利用[ 7-
,但
在煤炭气化、 废物焚烧、 废物热解、 再生黑色金属熔 化、 贵金属回收、 热土壤重整、 流化床金属净化、 锅炉 装置、 化工制造和玻璃 熔化等多个领域得到应 用[ 19] . 但在我国 , 陶瓷膜在气固分离方面的研究和 应用还处于初级阶段, 尚未有应用方面的报道. 目前 , 用于气固分离的陶瓷膜过滤器, 根据膜材 形状和排列方式的不同 , 分为挂烛式、 列管式、 蜂窝 状和板式等类型, 以挂烛式和列管式为主. 陶瓷膜过 滤组件由众多的陶瓷单管成管束状组装起来, 膜层 可在单根陶瓷管的外表面, 也可以在其内表面. 图 2 所示是一种挂烛式 ( 下端密封 ) 的陶瓷膜过 滤装置设计 [ 20] , 是典型的终端过滤模式. 含粉体或 灰尘的高温气体由烛式膜管的外侧进入, 气体通过 膜体渗透 , 固体粒子被滤除在膜管外侧表面 , 随着灰 尘的沉积加厚形成滤饼, 进气侧和出气侧之间的压 强降逐渐增大 , 气通量减小, 当滤饼积累到一定程度 后, 进行脉冲式气体反冲清灰 .
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陶瓷膜在气固分离方面的应用前景
基于多孔陶瓷膜的过滤性能 , 可开发多种形式
的过滤装置, 有如下方面的应用: 1) 燃煤电厂陶瓷膜过滤器除尘装置. 这被认为 是一种最为可信的除尘技术. 目前燃煤电厂采用的 静电除尘器, 设备投资大 , 能耗高 , 除尘的效果仍达 不到陶瓷膜的水平 [ 27] . 2) 冶金行业的陶瓷膜过滤器收尘装置 . 有色金 属冶炼中 , 精矿和浸出渣的干燥广泛采用回转干燥 窑. 干燥窑产生大量的烟尘 , 含有金属微粒, 对环境 造成污染 . 烟气温度与其露点温度( 45~ 65 ∀ ) 很接 近, 易造成烟气的结露. 另外, 干燥窑烟尘具有一定 的吸湿性 . 由于干燥窑烟气的特殊性, 给烟气的收尘 带来一定的问题和困难 [ 29, 30] . 用陶瓷膜过滤器进行 高温收尘 , 则可很好地解决上述问题. 3) 煤的洁净燃烧新工艺 % % % 集成 气化联合循 环发电( IGCC) 路线, 是世界各国都在投资发展的新 型高效发电技术, 21 世纪将实用化. 在煤气化反应 塔和脱硫装置之后进行高温气体粉尘滤除, 利用陶 瓷膜过滤器是最佳技术 . 4) 工业气体净化 , 特别是高温烟气和化工行业 气体 , 包括工业流程中原料气中固体粒子的脱除与 净化 , 尾气中固体颗粒的脱除等, 直接关系到下游设 备的运行寿命和运行安全, 而这些工业炉窑烟气中 的飘尘( 小于 10 m 的颗粒 ) , 会危及人体健康 . 对 于上述处理要求, 普通除尘器很难达到 , 但对于无机 陶瓷膜过滤器则正是其优势所在 . 5) 回收有用的粉体, 特别是高附加值粉尘的回 收. 例如在石油化工厂流化床设备中回收催化剂 , 在 气流输送与喷雾干燥过程中收集粉料 , 纳米材料生 产和其它超细粉体生产中粉体的回收等. 6) 随 着环保要 求的提高 , 为了 保护人类 的健 康, 像垃圾焚烧 , 特别是放射性、 传染性等有害废物 的烧缩过程, 例如与 SARS 有关的医用和其他垃圾 的焚烧, 为防止有害粉尘污染大气 , 利用高效能的陶 瓷膜过滤器是一种切实可行的方法.
膜高温气体净化器和收尘、 除尘技术及设备前途广阔, 特别是在国内, 是值得大力发展的一种 高新技术 . 关键词: 多孔陶瓷膜; 气 - 固分离 ; 收尘; 除尘 ; 纳米粉体 中图分类号: T Q028. 2 文献标识码 : A 器( High Eff iciency ESP) 等分离技术皆不能达到美 国新资源利用的标准( NSPS) , 唯有多孔陶瓷膜过滤 器除尘效率可以超过这一标准[ 5] . 陶瓷膜除尘器分 离效率高 , 除尘率一般可以超过 99. 5% , 有的报道 甚至可以达到 99. 999 5% 的程 度[ 6] , 是其他除 尘、 收尘设备无法比拟的.
. 芬兰 的环 境电 力公 司发明 了一 种简 化的
IGCC 工艺 , 其中应用陶瓷烛式 过滤器来进行热气 体净化 , 过滤效率为 99. 4% ~ 99. 8% [ 4] , 过滤后出 口颗粒含量小于 5 mg / m . 这低于汽轮机要求的产 物气体中最大固体量为 5 mg / L 的技术要求, 并且 比环保要求值低了几乎一个数量级 . 在英国, 用无机 陶瓷过滤器处理燃煤工厂的废气已被证实是最适合 的颗粒 脱 除 技术 , 在 Grimethorpe PF BC 电 站, 自 1991 年起使用陶瓷膜过 滤器进行烟气除 尘
任祥军1, 2 程正勇3 刘杏芹1 彭定坤1, 3 孟广耀1, 3*
( 1. 中国科学技术大学 固体化学与无机膜研究所, 合肥 230026; 2. 合肥煤炭科学研究所, 合肥 230001; 3. 合肥长城新元膜科技有限责任公司, 合肥 230601) 摘 要: 简要介绍陶瓷膜除尘分离的原理和应用技术的现状 , 并展望其应用和发展前景. 陶瓷
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直在成功地运行 , 因而他们认为这是一种最为可信 的除尘技术. 美国陶瓷膜 ( Ceramem) 公司报道了他 们研制的多孔陶 瓷膜过滤器 , 其面积 / 体积比达到 500 m 3 / m 2 ( 布袋除尘器仅为 33 m 3 / m 2 ) , 可直接安 装在烟道气中滤去 99% 的烟尘[ 27] . 美国能源部的 一份报告中提到 , 陶瓷膜管可用于脱除排放气中大 于 100 nm 的细颗粒, 而在英国, 早已将这种陶瓷膜 管在不同的化工和腐蚀条件下进行了运用. 据报道 , 英国山星金属有限责任公司已成功用类似装置从排 放物中回收高纯铝箔颗粒[ 19] . 在煤炭气化工艺中 , 陶瓷膜用于热气体净化已经是较成熟的工艺 , 如荷 兰 Buggenum 的 Shell 煤炭气化工艺从 1993 年起开 始使用德国 Schmacher 提供的烛式陶瓷过滤器 . 该 过滤 单元 装置 ( HGF864/ 1500) 高 17 m, 直 径 4. 2 m, 包括 864 根烛式过滤膜管 , 分为 18 组 , 每组 48 根构成一个组件. 气体处理流量约为 400 000 m / h ( 标准 ) , 最大承压 4 M Pa, 操作温度 400 ∀
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通常 , 气体 中大于 10 m 的固 体颗粒 较易除 去, 小于 10 m 的固体颗粒的去除是很困难的 . 特 别是随着高科技的发展, 高效、 深度除尘的需求不断 涌现 , 开发新的高效气固分离技术及相应的除尘、 收 尘设备是当务之急. 随着先进的多孔陶瓷膜的出现 为解决上述气- 固分离难题提供了一种切实可行的 新兴技术路线. 陶瓷膜具有耐高温、 耐腐蚀、 耐清洗、 机械强度大、 结构稳定不变形、 寿命长等突出优点 , 因而是被广泛接受和称誉的热粒子过滤材料的最佳 选择[ 4] . 对于陶瓷膜过滤器, 因其运行费用较低 , 不 会产生二次污染 , 且耐高温, 寿命长, 是各种废气处 理最适宜和最有前途的方法. 如图 1 所示, 实验测试 表明, 旋风除尘器 ( Cyclone) 、 湿式除尘器 ( Scrubber) 、 袋式过滤器 ( Fabric Filter) 和均匀高效的静电除尘
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气固分离的技术现状和需求
气- 固分离是在化工、 冶金、 煤炭燃烧和气化、 水泥、 环境保护等行业中都要用到的分离过程 , 特别 是高温气体中固态粒子的脱除、 回收一直是工业废 气处理、 环境保护的重大课题 . 而随着纳米科技时代 的到来 , 规模化生产纳米粉体的收集成为一大技术 难点 . 目前 , 已广泛应用的气- 固分离技术如旋风除 尘、 水膜除尘、 纤维过滤、 静电除尘和袋式除尘等在 应用过程中都或多或少存在一些问题[ 13]
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图 2 中间试验性工厂过滤单元 示意图 F ig. 2 Schemat ic filter unit of t he pilot plant
实验表明 , 反冲脱灰后气体压强可以恢复到 原来的水平, 而且长期使用其膜压降的周期性无明 显变化, 说明膜孔径无显著污染堵塞现象. 国外大量专利报道了很多各式各样的陶瓷膜过 滤器 [ 21- 25] , 如英国专利[ 21] 描述了一种蜂窝状陶瓷 膜过滤器 ; 美国专利 [ 25] 陈述了一种高温、 高压气体 的烛式陶瓷过滤器 . 但后者, 在结构上不同于上述陶 瓷膜除尘器. 它是由氧化物丝缠绕的多孔支撑体和 一层薄膜层构成. 该氧化物丝上至少涂覆一层多孔 氧化物陶瓷膜 , 该薄膜层可以在多孔陶瓷体的外表 面和 / 或内表面. 这种过滤器可以承受反脉冲清洗的 热循环和抵抗高温化学衰变, 可以应用于煤炭气化
无机陶瓷膜在气固分离方面的应用还是近一二十年 的事 情 , 其 主 要 应 用 在 烟 气 除 尘 和 粉 体 回 收 方 面[ 14- 16] . 陶瓷膜为多孔结构的非对称膜, 其过滤性能类 似于固定堆积床层, 即被脱除的物质大都在其表面 , 易于清洗 [ 17] . 陶瓷膜 过滤器在 进行气固 分离操作 时, 与液固分离的情况类似, 可采用终端过滤和错 流过滤两种基本方式 . 在终端过滤中, 气溶胶颗粒到达滤材表面的轨 迹大致与滤材垂直, 混合流体通过过滤介质, 导致颗 粒在上游面沉积 , 即表面过滤 , 或在深层过滤的情况 下颗粒进入滤材 . 在错流过滤过程中, 颗粒随气流进入过滤器时 , 空气动力场使得它们向过滤介质迁移. 那些转向沉 积在介质表面的颗粒和被捕捉的 颗粒一起形成滤 饼. 在一定条件下, 滤饼可能由于穿过流的剪切力而 被除去. 通常, 在错流过滤过程中, 与表面过滤不同 , 滤饼的形成和脱除同时发生, 在适当条件下, 达到动 力学平衡, 此时 , 滤饼的脱除速度 等于颗粒沉积速 度, 滤饼的平均面积负载保持常数 . 基于筛分机理的陶瓷膜过滤器在过滤富含固体 颗粒的气体过程中, 主要的捕捉机制是直接拦截大 于敞口孔径的颗粒, 而较大颗粒则通过惯性碰撞截 留下来 . 澳大利亚的 Jo 等 [ 16] 用二氧化钛膜和飞灰 膜进行高温气体中飞灰分离试验发现, 进料灰尘中 颗粒尺寸在 0. 2 m ( 二氧化钛膜的可几孔尺寸 ) 以 下的比例小于 0. 1% , 几乎可以忽略, 大量体积的灰 颗粒比二氧化钛膜的孔尺寸要大 , 被直接拦截而收 集. 据观测 , 实际上没有颗粒渗透到膜内, 因此膜像 一个挡板过滤器. 虽然进料颗粒中小于 2. 5 m ( 飞 灰膜的中等孔尺寸 ) 的比例约为 10. 6% , 仍然没有 颗粒渗透到膜内 . 大量细颗粒可在接近孔入口处通 过惯性碰撞被收集, 也可在滤饼的孔道内通行或在 滤材表面扩散时被挡住. 上述两种膜, 飞灰膜的过滤 效率为 99. 91% , 陶瓷膜的过滤效率高达 99. 99% . 通常 , 对于固体颗粒含量较高的气流, 先用旋风 除尘器除去部分颗粒, 再用陶瓷膜过滤器进行深度 分离 , 技术合理 , 经济可行 .
第 25 卷 第 2 期 2005 年 4 月
膜 科 学 与 技 术 M EM BRAN E SCI EN CE AN D T ECHNOL OGY
Vol. 25 No. 2 Apr. 2005
文章编号 : 1007- 8924( 2005) 02- 0065- 04
陶瓷膜用于气固分离的研究现状和前景
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陶瓷膜用于气固分离的研究现状
国外研究陶瓷膜过滤器在气固分离方面的应用
已有多年的历史 , 应用领域广阔, 效果显著. 目前, 已
第2期
任祥军等 : 陶瓷膜用于气固分离的研究现状和前景
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和煤炭燃烧工艺中从高温烟道气中脱除烟尘 , 以防 止下游设备被腐蚀和侵蚀 . 瑞典、 芬兰和美国等国家最早将该技术研究应 用于 IGCC ( 集 成气化 联合 循环 ) 发 电厂的 除尘系 统
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陶瓷膜用于气固分离的基本原理和 模式
目前 , 无机陶瓷膜已在水处理、 食品加工、 医药、
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膜
科
13]
学
与
技
术
第 25Байду номын сангаас卷
石油化工和生物技术等方面得到广泛利用[ 7-
,但
在煤炭气化、 废物焚烧、 废物热解、 再生黑色金属熔 化、 贵金属回收、 热土壤重整、 流化床金属净化、 锅炉 装置、 化工制造和玻璃 熔化等多个领域得到应 用[ 19] . 但在我国 , 陶瓷膜在气固分离方面的研究和 应用还处于初级阶段, 尚未有应用方面的报道. 目前 , 用于气固分离的陶瓷膜过滤器, 根据膜材 形状和排列方式的不同 , 分为挂烛式、 列管式、 蜂窝 状和板式等类型, 以挂烛式和列管式为主. 陶瓷膜过 滤组件由众多的陶瓷单管成管束状组装起来, 膜层 可在单根陶瓷管的外表面, 也可以在其内表面. 图 2 所示是一种挂烛式 ( 下端密封 ) 的陶瓷膜过 滤装置设计 [ 20] , 是典型的终端过滤模式. 含粉体或 灰尘的高温气体由烛式膜管的外侧进入, 气体通过 膜体渗透 , 固体粒子被滤除在膜管外侧表面 , 随着灰 尘的沉积加厚形成滤饼, 进气侧和出气侧之间的压 强降逐渐增大 , 气通量减小, 当滤饼积累到一定程度 后, 进行脉冲式气体反冲清灰 .